CNC 技术可以帮助您生产公差严格、精度极高的零件。它是一种使用预编程计算机软件并实现加工过程自动化的制造工艺。由于 CNC 是一个动态过程，可以调整切削速度、材料去除率并实现复杂机械的自动化，因此可以对各种材料进行成型。
在本指南中，您将了解什么是 CNC 加工、CNC 工艺、CNC 加工的类型以及行业应用。
什么是 CNC（计算机数控）加工？
CNC加工是一种利用计算机数控 (CNC) 控制切削刀具去除工件材料的制造工艺。从毛坯或工件上去除材料使 CNC 成为一种减材加工工艺。
CNC加工可将块状材料雕刻成形状，并实现高达+/- 0.002英寸的精度公差。CNC起源于1940世纪XNUMX年代由John. T Parson开发的数控系统。如今，CNC已从读取编码指令的磁性穿孔带发展到如今的水平。
现代 CNC 系统采用先进的电子设备、反馈传感器和可编辑的 CNC 编程，能够以极少的手动控制实现高级作业的自动化。整个 CNC 流程由机床控制单元管理，该控制单元使用 G 代码控制刀具路径、主轴转速和其他加工工具，以确保零件生产的可重复性和金属零件的一致性。
数控机床采用闭环或开环系统运行。闭环系统使用传感器和反馈系统进行实时调整，从而在大批量生产中生产出一致的零件并保持相同的精度。计算机辅助制造流程改变了制造业，实现了高速生产并最大程度地减少了可见的刀痕。
CNC编程和软件指南
CNC编程控制CNC加工过程，并生成技术图纸，并将3D零件转换为机器可读的指令。使用 G代码，CNC程序可以传递指令来控制刀具的运动。
M代码控制主轴启动和刀具定位等其他功能。这两个代码均使用计算机辅助制造（CAM软件）从计算机辅助设计（CAD）模型生成。
CNC加工中的关键软件
CAD软件： solidworks 或 Fusion 360 等工具可以生成详细的 2D/3D 模型，定义零件几何形状和公差。
凸轮软件： Mastercam 或 Siemens NX 可将 CAD 模型转换为 G 代码，并优化刀具路径、切削速度和进给速率。CAM 软件还能在 CNC 加工制造零件之前模拟 CNC 加工过程，从而避免错误并降低成本。
CAE 软件： FEA 软件工具可以在 CNC 制造之前分析零件的应力和物理性能，以增强零件设计。
CNC加工如何工作？
CNC 机床通过解释 2D 或 3D CAD 程序中的标准化 G 代码来运行重复命令和材料去除循环，整个过程无需人工参与。
还可以在机器本身中加载指令或编辑预编程指令。CNC 机械师可以通过手动控制 CNC 机器轻松添加命令。
CNC 机械师更喜欢闭环系统，它可以确定坐标中的任何错误并进行纠正。闭环 CNC 路由器通常有一个传感探头，可以接触床身上的已知坐标，以便在更换工具后重新校准。
生产 CNC 加工零件：步骤
CNC 加工过程可以通过预先编程的计算机软件，在几分钟内将钢坯、库存或工件变成成品零件，具体步骤如下。
设计创作： 您可以使用计算机辅助设计软件以 CNC 可读和可编辑格式（如 STEP 或 IGES）创建 2D 或 3D 模型。
刀具路径编程： CAM 软件可以根据您的零件设计生成 G 代码，定义刀具路径和切削工艺参数。
机器设置：CNC 操作员需要将工件固定在工作台上或为定制零件制作夹具并将切削工具装入机器。
正在加载程序： CNC 程序加载到 CNC 机床和 MCU 中
加工： 一旦程序加载到数控机床，数控机床就会自动切割工件。切割过程可能涉及铣削、车削和其他方法。
检查： 像 CMM 这样的精密工具可以检查所生产零件的最终尺寸，而内部反馈系统可以让探头在每个加工序列结束时检查尺寸。
整理： 将 CNC 零件从工作台上取下后，可以使用 CNC 磨床进一步加工以获得极小的公差，并且电镀和粉末喷涂等表面处理操作可以进一步增强美观度。
数控机床的类型
CNC设备由多台CNC机床组成，每台机床都针对制造过程中的特定任务进行定制。CNC机床种类繁多，以下列出了最重要的几种CNC类型。
数控铣床
CNC 铣床是一种将切削刀具垂直安装在工件上方的机床。它们使用多点切削刀具对工件进行成形。大多数 CNC 铣床都是 3 轴 CNC 机床，但现代复杂机械通常采用 5 轴切削。
三轴数控铣床沿 X（水平）、Y（垂直）和 Z（深度）轴移动。这使得数控铣床加工刀具适用于槽、孔和平面加工。先进的四轴和五轴数控铣床集成了旋转轴（A 轴和 B 轴），能够加工复杂的零件，例如涡轮叶片。
CNC 铣床使用立铣刀、面铣刀和钻头等加工刀具进行方肩铣削等操作。CNC 铣削非常适合高速切削，因为刀具会先进行粗切削以快速去除材料，然后使用较小的切削深度来实现金属零件的严格公差。
5 轴 CNC 铣床可加工具有复合曲线的复杂叶轮，最大限度地减少刀具访问问题并缩短循环时间，同时仍可产生 +/- 0.002 英寸的精度公差。
数控车床
数控车床也称为车床或车削中心，其工作原理是高速旋转工件，并将单点固定切削刀具送入工件。此过程可去除材料并生产圆柱形和对称零件。
数控车床通常仅操作两个轴（X轴用于径向运动，Z轴用于纵向运动）。先进的数控车床可能包含更多轴以实现钻孔功能。数控车床非常适合制造圆柱形零件，例如轴、衬套和汽车曲轴，这些零件可以利用旋转对称性。
与手动车床不同，数控车床在大批量生产中能够产生一致的结果，实现 +/- 0.005 毫米的精度公差。
数控等离子切割机
数控等离子切割机使用等离子炬产生电弧，从而产生高速电离气体射流，熔化导电材料中的熔融金属并将其去除。数控等离子切割机非常适合切割不锈钢、铝和黄铜等材料。
通常，数控等离子切割机在两个轴（X 轴和 Y 轴）上工作，非常适合切割金属薄板或金属板材。这些切割机可以高速切割 2 至 2 毫米厚的钢板，但与数控激光切割机相比，切割边缘会比较粗糙，从而增加了额外的精加工步骤和成本。
等离子切割机只能切割导电材料，如导电金属板，这限制了它们在工业框架和金属板应用中的使用。
CNC路由器
CNC 雕刻机专门用于切割木材、复合材料、塑料或泡沫等较软的材料。CNC 雕刻机在家具行业、标牌制作和快速成型领域很常见。CNC 雕刻机类似于 CNC 铣床，采用 3 轴操作，少数 CNC 雕刻机采用 4 轴或 5 轴操作。
CNC 路由器使用高速主轴和加工工具（如路由器钻头），通常用于切割和塑造木材上的复杂图案。
电火花加工机 (EDM)
电火花加工机床有两种类型：线切割和电火花成型。电火花加工机床利用电火花腐蚀硬质金属材料，从而实现极高精度的切割和设计。
线切割使用细线作为电极，在工具钢和钛等坚硬材料上切割出复杂的形状。线切割因其高精度而常用于模具制造，也用于航空航天工业。线切割速度比数控机床慢，但精度和公差更高（最高可达 0.005 毫米）。
电火花成型加工使用一种工具从材料表面侵蚀材料，但与线切割形状的线切割不同，电火花成型加工具有所需形状的预切模具，并且电极只需降低到材料中，慢慢侵蚀导电材料以产生最终形状。
手动 VS 数控机床
手动加工依赖于技艺精湛的数控机床技师，他们通过杠杆、手轮等手动控制进行切削和进给。手动机床的转速范围较小，技师可以控制。
文件
手动车床/铣床
数控加工
平台精度
公差高达±0.01英寸（±0.254毫米）
公差低至±0.002英寸
速度
由于手动调整而速度较慢
高速自动化换刀
零件复杂度
仅限于更简单的形状
处理复杂的机械和 3D 几何形状
重复性
由于人为差异导致不一致
高度可重复，适合大规模生产
设置
快速完成简单任务
由于 CNC 编程和设置时间较长
手动车床和铣床适用于一次性/单个零件，但 CNC 加工可为高级作业提供卓越的精度、可重复性和效率。
哪些材料可以用 CNC 加工？
CNC 服务可根据项目、机械性能和加工性提供各种材料的加工。常见的易加工材料包括：
金属材料
铝 6061、7075 和其他合金： 铝重量轻、耐腐蚀，是制造航空航天部件和汽车数控加工部件的理想材料。其可加工性比钢和更硬的合金更好。
钢（不锈钢和合金钢）： 耐用且具有耐化学性。它是生产注塑模具、零件、原型和加工工具最常用的材料之一。
钛： 它强度高、耐腐蚀性强、重量轻，但比大多数材料更难加工。
黄铜： 黄铜易于加工，并具有耐腐蚀和导电等特性。
塑料
ABS： ABS 是一种经济高效的塑料，坚韧且抗紫外线。它易于加工，可替代需要电绝缘、快速成型的坚固部件以及汽车部件。
德林： Derlin 因其较低的摩擦力而用于生产齿轮和轴承
窥视： PEEK 是一种耐化学腐蚀的塑料，适用于医疗和航空航天应用。它具有极高的可加工性，可以使用较软的刀具。
尼龙： 尼龙部件耐磨、耐用，非常适合在非导电环境中用作绝缘体。
您所需的材料类型将影响 CNC 金属切削工具的类型以及切削过程。
CNC 的行业用途
航空航天
CNC 技术为航空航天工业生产轻质铝和钛合金部件。涡轮叶片和结构支架等部件可以通过多轴加工生产。CNC 铣床可以实现严格的公差，钛合金和英科乃尔合金等材料则可确保极端条件下的可靠性。
汽车
CNC加工可制造发动机缸体、变速箱以及各种类型的齿轮和底盘部件。CNC车床通常用于生产轴类和对称零件，例如定制螺母、螺栓和一致性组件。
医疗和牙科
CNC 制造还可以切割 PEEK 和钛制成的生物相容性植入物和手术工具，通过调整切割参数提供多样化的材料选择。
电子行业
对于 PCB 外壳、散热器和其他电子设备，CNC 铣床可以创建复杂的设计和定制零件，从而优化紧凑设备的性能。
船舶
船舶应用需要耐腐蚀材料的加工，例如316不锈钢和铝。数控车床可以用耐腐蚀合金生产高性能螺旋桨轴，数控激光切割机可以加工结构件所需的金属板材。
CNC加工成本
文件
描述
范围
课程教材
更好的合金会增加材料成本
铝：2-5美元/公斤钛：20美元/公斤起
机器的种类
5 轴加工成本最高，而 EDM 由于其精度和设置成本较高，价格也更昂贵
5轴：50-150美元/小时
3轴：30 - 90美元/小时
零件复杂度
复杂的零件需要更多的 CNC 编程和加工时间。
简单：10-50 美元/部分；复杂：100-500 美元/部分
后期处理
粉末涂层等表面处理会增加成本。
每件 5 至 50 美元
音量
产量大可以降低单位成本。
1 部分：100 至 500 美元； 1,000部分： $10–$50/件
成本节约策略
材料： 除非需要高结构强度，否则大多数应用都可以使用铝部件。
优化设计： 简单的几何形状更容易加工。增加不必要的设计复杂性会减少刀具的可及性并增加加工成本。
批量生产： 增加生产量以降低 CNC 成本
好处和局限性
CNC 加工提供无与伦比的精度和快速的零件制造。CNC 加工也很容易实现规模化生产，因为该过程只需重复给定的次数即可。
CNC加工的好处
平台精度
CNC 加工可让客户获得质量受控的零件，制造商可以自由使用各种方法来确保公差严格。自动化可消除任何人为错误。
Cost Effective
现在有多种床架尺寸的 CNC 机器可供选择。购买 CNC 机器的初始成本很高，但它可以提供高产量、高精度，并且随着时间的推移，成本效益也会提高。
各种材料
您不需要不同的 CNC 机器来切割金属和塑料。您只需更换切削刀具即可加工不同的材料。
CNC加工的局限性
初期投资大
CNC 机器的安装成本很高。随着轴数的增加，CNC 机器的成本会大幅增加。此外，制造商还必须聘请 CNC 机械师来校准和维护 CNC 机器。
大多数 CNC 都配有一套基本工具，而专门切割则需要您投资购买更多工具。
零件复杂度
虽然 CNC 机床可以生产多种形状，但有些形状很难使用 CNC 机床实现。具有内部特征的组件不适合 CNC 机床加工，通常使用放电加工来加工此类零件。
尺寸范围
您可以在封闭的环境中加工 CNC 零件，因为冷却液可以循环使用，而且切屑不会到处飞出。但这种封闭的环境也限制了零件的尺寸。对于大型零件，尤其是大型内齿轮和外齿轮，需要采用铸造和锻造工艺。
大型零件需要重新定位、新设置、分段加工，这会增加零件的时间和成本。
刀具磨损
CNC 机床的最大运行成本是刀具磨损。虽然这取决于材料、进给率、切削深度和速度，但几乎所有刀具最终都会磨损并需要更换。
业余 CNC 操作员可能会很快导致刀具烧坏，而熟练的操作员会增加制造成本。
结语
CNC 技术对于制造业以及寻求定制加工解决方案的用户至关重要。计算机数控 (CNC) 让您能够轻松设计零件并生成相关的 G 代码文件，然后使用您所需的 CNC 类型轻松进行加工。
最后一条提示：使用 5 轴加工并不重要，您可以优化设计以使用 3 轴 CNC 铣床进行加工，从而减少时间并提供经济高效的数字化制造。
常见问题
问：CNC 代表什么？
A: CNC 指的是计算机数控。CNC 是一种使用预编程指令来自动化加工工具并生产精密零件的技术。
问：数控机械师的工作是什么？
A: CNC机械师负责编程、设置和操作CNC机床，确保刀具精确切割并正确装载零件。此外，他还负责检查技术图纸并进行质量控制测量。
问：数控机械师的定义
A: CNC 机械师是编程和操作计算机数控机床的熟练专业人员
问： CNC加工定价如何？
A: CNC 的定价取决于机器类型和加工工艺的复杂程度。此外，还取决于材料成本和加工量。对于简单零件，CNC 的典型成本在每件 10 至 50 美元之间。
问：数控机械师能赚多少钱？
A: 在美国，数控机械师的年薪最高可达 63000 美元。数控机械师的年薪中位数为 50,600 美元。